電動汽車火災預防與救援研究

隨著國家對電動汽車的推廣及電動汽車技術水平的不斷提高，我國電動汽車保有量逐年大幅提升。電動汽車因其動力電池的性能、結(jié)構(gòu)特點和目前快速發(fā)展中性能、技術的不完善，在使用、維護和保養(yǎng)中火災事故比傳統(tǒng)汽車多，發(fā)生火災后撲救難度大，造成的損失大。探究電動汽車火災的特點，提出科學合理的電動汽車火災預防措施和電動汽車火災后高效撲救和救援方式方法，對保障人民生命財產(chǎn)安全具有重大意義。關鍵詞：電動汽車；火災；預防；救援電動汽車是利用動力電池中儲存的電能作為動力，并綜合了車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術，原理和結(jié)構(gòu)先進、節(jié)能環(huán)保、高度智能化的新型汽車。自2012年國務院正式發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，明確以純電動汽車為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向以來，電動汽車得到了廣大民眾的青睞，社會擁有量迅速增加。保有量持續(xù)增長同時，電動汽車自燃、起火等安全事故頻發(fā)，據(jù)不完全統(tǒng)計，2021年我國新能源汽車火災事故約3000起。和傳統(tǒng)燃油汽車相比，電動汽車火災高發(fā)、火災損失嚴重、火災撲救難度大等問題也影響了電動汽車的推廣使用。一、電動汽車火災特點（一）火災發(fā)生突然，火勢蔓延速度快電動汽車動力主要靠高電壓、大容量的蓄電池提供，動力蓄電池結(jié)構(gòu)主要由正極、負極、隔膜、電解液組成，其正極材料目前多采用鋰化合物，負極材料是鋰-碳層間化合物，隔膜為PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯），電解液為溶解有鋰鹽LiPF6（六氟磷酸鋰）、LiAsF6（六氟合砷酸鋰）等有機溶劑。這些材料活性強，具有易高溫、易燃易爆、熱量傳播快的特點。同時，汽車上電子產(chǎn)品、內(nèi)飾等大量采用了高分子聚合物，一旦發(fā)生火災，火焰的最高溫度可高達到920℃左右，足以引燃電池周邊任何可燃物，火勢會迅速蔓延?；饎萋铀俣韧葌鹘y(tǒng)燃油車更快，為車上人員撤離和滅火帶來了困難[1]。（二）火災會產(chǎn)生大量有毒煙霧和其他有害物質(zhì)和傳統(tǒng)汽車相比，電動汽車采用了大量現(xiàn)代材料技術和先進電子技術，內(nèi)部裝修裝飾材料眾多，燃燒過程會伴有大量有毒煙氣；動力電池用鋰離子電池本身在燃燒過程中也會產(chǎn)生大量氟化物、烯烴、烷烴、醚等化合物，這些物質(zhì)均具有不同程度的毒性，這些有毒煙霧對車上人員及救援人員生命安全、環(huán)境安全構(gòu)成較大威脅；動力電池的電解液為有機易揮發(fā)性液體，有較強的腐蝕性，對人體的危害極大，可以通過吸入、食入、經(jīng)皮吸收等途徑侵入人體，造成人畜中毒，電解液還很容易燃燒，遇明火、高熱時引起燃燒的危險性很大。如果發(fā)生泄漏，由于其蒸氣比空氣重，能快速在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引起回燃，給消防安全帶來隱患。（三）易復燃爆炸并有觸電風險，持續(xù)高溫高壓，危險性大，滅火難度大電動汽車起火后，大功率高電壓電池內(nèi)部會不斷發(fā)生電化學反應，在能量耗盡前持續(xù)反應發(fā)熱，導致火災燃燒持續(xù)時間長、溫度高。動力電池本身空間狹小密閉，在安全閥失效的情況下，能量積壓足以引發(fā)爆炸；動力電池基本電壓通常為300V-700V，遠超人體安全電壓，火災時容易發(fā)生漏電產(chǎn)生電擊危險[2]。（四）滅火介質(zhì)和滅火手段缺乏，滅火效果差電動汽車最主要的起火位置在其動力電池，而動力電池裝在汽車底部，為了保護電池在行駛中不受損傷，制造廠往往設計了比較堅固的電池箱，為了防止電池浸水短路，電池箱密封要求很高，外部雨水及灰塵幾乎無法進入。當電池起火后，其內(nèi)部會因熱失控而發(fā)生連續(xù)化學反應，目前采用隔絕空氣方式的消防泡沫對該反應無能為力，消防用水也無法進入電池內(nèi)部降溫。因此，動力電池起火后往往只能任由其不斷發(fā)展直至化學反應結(jié)束，給及時滅火、控制火災擴大帶來很大困難。二、電動汽車火災發(fā)生原因（一）車輛交通事故撞擊引起火災電動汽車發(fā)生交通事故時，車輛往往會發(fā)生激烈碰撞、傾翻等，和傳統(tǒng)汽車一樣，電路短路、油液泄漏、金屬嚴重摩擦等原因?qū)е萝囕v起火。此外，電動汽車上的高壓高能動力電池可能會受到擠壓，導致內(nèi)部極板間短路，引起猛烈燃燒甚至爆炸。當碰撞或者在崎嶇路面上行駛也可能造成動力電池外殼破損，導致電解液泄漏，與車上其他物質(zhì)發(fā)生化學腐蝕，造成高溫高熱引燃車輛[3]。（二）車輛動力電池故障引起火災電池燃燒或者爆炸，通常是因為電池在充放電過程中熱量集聚過快過多，難以擴散出去，累積到電芯或電路起火點造成。電動汽車用動力電池額定電壓高、行駛及充電過程中電流大，功率大，電池內(nèi)部容易出現(xiàn)短路、過充過放等現(xiàn)象，引起電池熱失控，引燃車輛可燃物；動力電池本身結(jié)構(gòu)或工藝缺陷、內(nèi)部正負極及電解液材料雜質(zhì)等也會導致內(nèi)部短路引起火災。據(jù)有關部門統(tǒng)計，動力電池本身故障引起的火災在電動汽車火災中占比高達80%以上。（三）充電機起火引起的電動汽車火災車輛充電過程中，電流和功率較大，充電機自身電氣元件容易發(fā)熱，充電機本身元器件質(zhì)量、制造和安裝質(zhì)量等引起充電機起火，引燃充電中的車輛，也是電動車常見火災起因，約占電動車火災的5%。（四）外部火源引起的電動汽車火災當電動汽車停放環(huán)境不當，受周圍高溫火源烘烤、人為縱火、煙花爆竹飛火等引發(fā)火災、車內(nèi)打火機、酒精、香水等易蒸發(fā)燃燒液體高溫暴曬引起的火災。還有部分火災由車內(nèi)加裝和使用大功率用電設備、電路過載引起。（五）車輛運動機械部件狀態(tài)異常造成摩擦高溫起火電動汽車電機及車輪軸承潤滑不良、機械損傷，變速箱漏油、車輛制動器工作狀態(tài)不好等引起異常摩擦高溫，引燃車輛電路絕緣層、輪胎等，導致車輛火災發(fā)生。三、電動汽車火災預防措施（一）提高安全駕駛技能，加強安全防范意識，減少和防止碰撞事故發(fā)生和傳統(tǒng)燃油汽車相比，電動汽車工作電壓高，電池安裝在底部，車輛發(fā)生托底或者碰撞時，容易引起電池變形、線路斷路，引發(fā)車輛火災。因此，電動汽車駕駛員更應加強安全駕駛、文明駕駛意識，避免車輛發(fā)生托底、碰撞事故[4]。（二）提高電動汽車電力系統(tǒng)安全性，防止電池及其他電氣設備過熱、短路汽車生產(chǎn)企業(yè)在設計制造電動車時，要通過強化電池安全設計，優(yōu)化電池組結(jié)構(gòu)，提高電池組散熱性能，降低電池熱失控風險；提高車輛電氣安全標準，制定并執(zhí)行嚴格的電氣安全規(guī)范，確保車輛電氣系統(tǒng)在異常情況下能夠迅速切斷電源；在車輛易發(fā)生高溫部位如電機、電池、電控設備及制動器等關鍵部位安裝溫度傳感器、煙霧報警器等，并充分利用遠程監(jiān)控技術，實時監(jiān)測電動車溫度異常情況。在電動汽車上配備車載滅火裝置，關鍵部位安裝自動滅火裝置，一旦發(fā)現(xiàn)和探測到火源，能夠迅速啟動滅火。（三）注重車輛日常維護保養(yǎng)，預防和減少火災事故發(fā)生由于電動車發(fā)展迅猛，技術還不夠成熟，質(zhì)量還不夠穩(wěn)定。在電動車輛使用過程中，要改變經(jīng)銷商宣傳的電動汽車不需要維護或者免維護的宣傳口號，嚴格規(guī)范進行車輛日常檢查和維護，保持車輛外觀干凈整潔；駕駛員要經(jīng)常檢查車輛動力電池外殼技術狀態(tài)，檢查整車高壓防護情況，行駛過程隨時觀察儀表顯示，發(fā)現(xiàn)溫度異常、液體泄漏、動力不足等異常時，及時請專業(yè)人員排除。在使用車輛過程中，盡可能減少對車輛電路的改裝，減少車上大功率電器的使用，防止電路過載起火。（四）國家和行業(yè)管理部門要規(guī)范充電設施建設，強化充電設施安全監(jiān)管國家制定統(tǒng)一充電接口標準，確保不同品牌和型號的電動汽車都能夠使用符合標準的充電設施；充電企業(yè)對充電設施進行定期檢查和維護，確保設施安全可靠；開發(fā)和推廣智能充電技術，實現(xiàn)充電設施與車輛、車主之間的實時通信，自動調(diào)節(jié)充電電流和電壓，及時探測和發(fā)現(xiàn)火災風險因素，降低火災發(fā)生幾率。（五）加強電動汽車火災消防宣傳教育，提高火災防范意識和技能通過各種宣傳方式，向公眾普及電動汽車火災的危害嚴重性和防范知識，提高車主在車輛停放、充電、駕駛操作中的安全防范意識；在駕駛員考試培訓中，加入電動車輛火災防范內(nèi)容，提高駕駛員的安全意識和規(guī)范操作；在日常消防演習和演練中，組織針對電動汽車火災的消防演習和演練內(nèi)容，提高應急救援能力。（六）設計發(fā)明電動汽車火災專用消防設備設施，提高滅火效果針對電動汽車火災特點，發(fā)明滅火效果好的介質(zhì)阻絕燃燒過程和烈度，發(fā)明專用破拆設備，在火災發(fā)生后能迅速破拆電池箱，使滅火介質(zhì)進入燃燒物內(nèi)部。四、電動汽車滅火救援措施和其他類型的火災一樣，當發(fā)生電動車火災時，要遵循反應迅速、科學施救、確保生命安全原則，立即采取救援滅火措施或者組織社會專業(yè)救援力量趕赴現(xiàn)場滅火救援。同時，也要根據(jù)電動汽車的火災特點，采取針對性滅火救援措施。（一）迅速離開車輛，保持安全距離電動汽車智能化、自動化程度較高，起火后低壓系統(tǒng)往往會斷電，造成車門、車窗打不開、逃生通道失效等。因此，電動汽車有碰撞、托底現(xiàn)象或者有起火跡象時，車上人員首先要迅速離開車輛，和車輛保持安全距離，不要因搶救車上財物而貿(mào)然接近冒煙、發(fā)熱車輛，防止造成人員傷亡[5]。（二）準確判斷起火位置，及時采取減損措施發(fā)現(xiàn)車輛冒煙起火后，駕駛員應迅速離開車輛、及時報警后，在確保安全前提下，觀察起火部位。電動汽車起火的初始0-3分鐘，火勢較小，如果不是車輛底部動力電池起火，要盡快斷開低壓電路或者應急開關，并利用車載滅火器、路旁沙土、渠水等一切滅火資源對起火部位進行覆蓋，壓制和延緩火勢蔓延，為專業(yè)救援爭取時間，盡最大可能減少損失。冒煙起火5分鐘后若火勢沒有得到控制，那么將很快進入爆燃階段，車輛周邊溫度非常高，這時要盡快遠離起火現(xiàn)場，等待消防救援。（三）持續(xù)降溫，確保滅火電動汽車起火后，動力電池火災明火撲滅后其內(nèi)部化學物質(zhì)會不斷繼續(xù)反應，還會再次起火甚至造成爆炸，會釋放出可燃氣體和氧氣，用窒息、抑制或隔離原理滅火的二氧化碳或者泡沫滅火劑的滅火效果就會受到影響，滅火效果不明顯。因此，滅火時應采用針對性專用設備及滅火器，并用大量高壓水對電池內(nèi)外降溫，確保化學反應完全停止，方可離開火場。（四）救援人員應和起火車輛保持安全距離電動汽車火災撲救中，消防指戰(zhàn)員必須做好個人安全防護，穿著全棉防靜電內(nèi)衣、滅火防護服，佩戴消防頭盔、手套、靴子、頭套、空氣呼吸器等基本防護裝備，迅速設置隔離帶。根據(jù)電池起火、泄漏等情況，采取相應措施控制火勢蔓延，避開有毒煙霧[6]。（五）嚴格按照相關技術標準進行維修，避免二次火災發(fā)生在電動車故障里，動力電池和高壓系統(tǒng)故障占比較大。在拆裝和維修過程中，注意加強安全防護和火災防范，對發(fā)生碰撞車輛，一定按照維修工藝要求，拆下動力電池單獨保管，維修場所要有良好